(57)【要約】【課題】光学的な負担を増大させることなく多重度を効率的に増大させることができる参照光の位相変調を行うこと。【解決手段】参照光２００を２次元の位相変調器２２により光位相変調し、得られた位相変調参照光２００をホログラム記録メディア１４に照射し、レンズ１２から照射される信号光１００との干渉縞を記録メディア１４に位相変調多重記録する。多重度の増大に伴い位相変調器２２のサイズが大きくなるが、１次元位相変調器に比べて横寸法のサイズの増加を極めて少なくすることができるので、均一な明るさの参照光２００を光学的な負担を増大させることなく生成でき、多重度を効率的に増大させることができる。また２次元の位相変調器２２に位相変調パターンをタイリングして表示することにより、光学的な負担を小さくして、さらに多重度を上げることができる。【選択図】図１
2005121855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置であって、
前記第２の光ビームを光位相変調する２次元の位相変調手段を具備し、
前記２次元の位相変調手段により光位相変調された第２の光ビームと前記空間光変調された第１の光ビームの干渉縞を前記ホログラム記録媒体の同一記録領域に多重記録することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項２】
前記２次元の位相変調手段は、あらかじめ前記第１の光ビームのひとつの記録データに対応させた、前記第２の光ビームのひとつの位相変調パターンを２次元平面上に複数個配列して表示することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
【請求項３】
前記２次元の位相変調手段は、前記第２の光ビームを光位相変調する位相変調パターンを表示する２次元の位相変調器と、前記２次元の位相変調器により光位相変調された第２の光ビームを拡散するレンズレットアレイから成ることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
干渉縞が記録されているホログラム記録媒体に光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム再生装置であって、
前記光ビームを光位相変調する２次元の位相変調手段と、
前記２次元の位相変調手段により光位相変調された光ビームを前記ホログラム記録媒体の記録領域に照射することを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項５】
前記２次元の位相変調手段は、前記光ビームを光位相変調する位相変調パターンを２次元平面上に複数個配列して表示することを特徴とする請求項４記載のホログラム再生装置。  
【請求項６】
前記２次元の位相変調手段は、前記光ビームを光位相変調する位相変調パターンを表示する２次元の位相変調器と、前記２次元の位相変調器により光位相変調された光ビームを拡散するレンズレットアレイから成ることを特徴とする請求項４記載のホログラム再生装置。
【請求項７】
記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録方法であって、
前記第２の光ビームを２次元の位相変調パターンにより光位相変調し、当該光位相変調された第２の光ビームを前記空間光変調された第１の光ビームと干渉させることを特徴とするホログラム記録方法。
【請求項８】
前記第２の光ビームを光位相変調する位相変調パターンを２次元平面に複数個配列し、これら複数個配列された位相変調パターンにより前記第２の光ビームを光位相変調することを特徴とする請求項７記載のホログラム記録方法。
【請求項９】
干渉縞が記録されているホログラム記録媒体に光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム再生方法であって、
前記光ビームを２次元の位相変調パターンにより光位相変調し、当該光位相変調された光ビームを前記ホログラム記録媒体の記録領域に照射することを特徴とするホログラム再生方法。
【請求項１０】
前記２次元の位相変調パターンを前記２次元平面上に複数個配列し、これら複数個配列された位相変調パターンにより前記光ビームを光位相変調することを特徴とする請求項９記載のホログラム再生方法。
【請求項１１】
位相変調パターンを表示した位相変調手段により光ビームを光位相変調する際の光ビームの位相変調方法において、
あらかじめ前記記録データに対応させた、前記位相変調パターンを用意し、この位相変調パターンを前記位相変調手段に複数個表示することを特徴とする光ビームの位相変調方法。
【請求項１２】
前記位相変調手段は２次元の位相変調パターンを表示する位相変調器を有することを特徴とする請求項１１記載の光ビームの位相変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相変調多重方式によりホログラムを記録再生するホログラム記録再生装置、ホログラム記録再生方法に係り、特に位相変調パターンにより参照光を光位相変調する際の光ビームの位相変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラフィック技術は、次世代、次々世代光ディスクと競合する強力なストレージの候補として注目を集めているホログラフィックメモリの実用化へ向けて、急速に開発が進められており、ホログラム技術を利用して大容量データの記録再生を行うホログラム記録再生システムが提案されている。
【０００３】
このホログラムストレージの記録再生システムでは、図９に示すように、レーザー光源２から出射された干渉性を持つレーザー光はシャッター４を通してビームスプリッター６に入射し、信号光１００と参照光２００に分岐される。信号光１００はミラー８を介して空間光変調器１０に入射され、信号光はデータページを表示した空間光変調器１０で強度変調される。変調された信号光はレンズ１２によりホログラム記録メディア１４に集光される。一方、参照光２００はミラー１６を介してホログラム記録メディア１４を照射するため、ホログラム記録メディア１４内において、この信号光１００と参照光２００が重ねあわされて、その結果形成される干渉縞がホログラム記録メディア１４に微細な疎密パターンとして記録される。
【０００４】
ホログラム記録メディア１４に記録されたデータを再生するには、参照光２００と同一の再生光をホログラム記録メディア１４に入射させることにより、ホログラム記録メディア１４に記録されている干渉縞に対応する回折光としてデータが再生され、この回折光がレンズ（逆フーリエレンズ）１８によりＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子２０に結像される。撮像素子２０は受光した回折光を光電変換し、得られた受光信号は解析されて画像データとして再生される。
【０００５】
ところで、ホログラフィックメモリの記憶容量は、光ディスクの記憶容量が面記録密度で決められるに対して体積記録密度で決められる。データをホログラフィックに記録する場合、ホログラム記録メディア１４には記録データが直接記録されるのではなく、信号光と参照光の干渉縞が記録されるため、ひとつのホログラム（データページ）に１Ｍバイトのデータを割り当てるということも可能となる。ホログラム記録メディアの体積を利用し、このデータページの多重記録を繰り返して行くと、数１００Ｇバイトを上回る大容量を実現できることになる。通常の体積ホログラムの多重は、各データページに関して参照光を固定せずに、何らかの変化を持たせて同じ場所に或いは、ほとんど同じ場所に異なる干渉縞を記録し、異なる参照光（再生光）間でＢｒａｇｇ選択性を持たせることにより実現される。代表的な多重方式としては、角度多重、シフト多重、波長多重、位相変調多重などがある。
【０００６】
上記のような多重方式の中で位相変調多重方式に着目すると、この位相変調多重方式は他の方式と大きく異なる点があり、それは光学系内でメカニカルに参照光の角度を変化させたり、ホログラム記録メディアをシフトさせたりするのではなく、光学部品は全て固定したままで、参照光を空間光変調器で光位相変調することにより様々な位相を有する参照光を生成し、各参照光毎に信号光と干渉させて、ホログラム記録メディアの同一の記録領域（スポット）に複数のデータを多重記録する方式であり、この光の位相という特性を用いることにより、再生データのＳ／Ｎ比を低下させる原因のひとつであるクロストークを大幅に減らせるという利点がある。
【０００７】
これまでに報告されている位相変調多重方式を用いたホログラムメモリに関する文献は、いずれも１次元の空間光位相変調器を用いた場合についてのものばかりである。１次元位相変調器を使った実験で１８０多重したという報告が、１９９８年にＤｅｎｚらによってなされている（例えば非特許文献１参照）。
【０００８】
位相変調多重方式において、クロストークのない多重記録を実現するために実際の光学系に課せられる条件は、まず参照光が均一な強度で且つ、後述するようにある法則にしたがって生成される直交位相変調コードを正確に再現した、位相変調を受けることである。この条件は空間光位相変調器が１次元の場合でも２次元の場合でも変わらないが、いずれにしても空間光相変調器のサイズが大きくなるほど参照光での均一照射は困難になる。また、レンズの収差によっても参照光の領域によって光波の平行度が異なってくるため、コードの直交性が満たされない状況になってしまう。
【０００９】
空間光位相変調器を２次元化することによる利点は、効率良く多重度を増やせるといことにある。空間光位相変調器に位相変調パターン（位相アドレスパターン）を表示するとき、ある分解能より細かいピッチでパターンを表示しても、それらのパターンの間に選択性が作用しなくなるために、異なるデータページを独立に再生することが不可能となる。この分解能の限界は、Ｂｒａｇｇ条件でも決まるが、実際にホログラムとして記録されているのは、参照光の光学系に組まれている拡散体によるスペックルパターンである。よって、実際には空間光位相変調器の解像度にも依存することになる。それ故、分解能が決まってしまうと、多重度を増していくためには空間光位相変調器のサイズを大きくしていかなければならないことになるが、たとえば、同じ多重度を確保するために１次元空間光位相変調器の横寸法（幅）は、２次元の場合の平方倍となる。先ほど述べたが、空間光位相変調器の表示領域が大きくなるほど、光学的に不利な条件も増すので、２次元パターンで表示できた方が有利となるのは明らかである。
【非特許文献１】C. Denz, Kai-Oliver Muller, Thorsten Heimann, and Theo Tschudi, “Volume Holographic Storage Demonstrator Based on Phase-Coded Multiplexing ”, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 4, 832(1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように位相変調多重方式では、光の位相を空間光変調器で変調させなければならないが、多重度を増して行くと、この空間光位相変調器のサイズを大きくして行く必要がある。それには、１次元空間光位相変調器を用いるよりも２次元空間光位相変調器を用いた方が、同一の多重度である場合は空間光位相変調器の横方向サイズを小さくできるため、参照光の均一照射を容易とし、光学的に有利となる。しかしながら、現在のところ２次元空間光位相変調器を用いて位相変調多重方式によるホログラム記録装置を実用的なレベルで実現した例はない。
【００１１】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、光学的な負担を大きくすることなく位相変調多重方式による記録多重度を効率的に増大させることができるホログラム記録再生装置、ホログラム記録再生方法及び光ビームの位相変調方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するため、記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置であって、前記第２の光ビームを位相変調する２次元の位相変調手段を具備し、前記２次元の位相変調手段により光位相変調された第２の光ビームと前記空間光変調された第１の光ビームの干渉縞を前記ホログラム記録媒体の同一記録領域に多重記録することを特徴とする。
【００１３】
このように本発明のホログラム記録装置では、第２の光ビーム（参照光）を２次元の位相変調手段により光位相変調するため、データを記録する際の多重度が増大した時に同一の分解能を確保するには、位相変調パターンを表示する位相変調器のサイズも大きくしなければならないが、２次元の位相変調手段は、１次元の位相変調手段に比べて、横寸法のサイズの増え方を極めて少なくすることができ、これを照射する第２の光ビームの広がりも少なくて済むため、その分、明るさが均一な第２の光ビームをレーザー光のロスを大きくすることなく生成できるため、光学的な負担を大きくすることなく位相変調多重方式による記録多重度を効率的に増大させることができる。
【００１４】
また、本発明は、干渉縞が記録されているホログラム記録媒体に光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム再生装置であって、前記光ビームを光位相変調する２次元の位相変調手段と、前記２次元の位相変調手段により光位相変調された光ビームを前記ホログラム記録媒体の記録領域に照射することを特徴とする。
【００１５】
このように本発明のホログラム再生装置では、光ビーム（再生光）を２次元の位相変調手段により光位相変調するが、参照光を光位相変調した時と同一サイズの２次元の位相変調手段を用いなければならないため、参照光の光位相変調の際と同様の理由で、多重度が増大した時の２次元の位相変調手段は、１次元の位相変調手段に比べて、横寸法のサイズの増え方を極めて少なくすることができ、これを照射する光ビームの広がりも少なくて済むため、その分、明るさが均一な光ビームをレーザー光のロスを大きくすることなく生成できるので、光学的な負担を大きくすることなく位相変調多重方式による記録多重度を効率的に増大させることができる。
【００１６】
また、本発明は、記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録方法であって、前記第２の光ビームを２次元の位相変調パターンにより光位相変調し、当該光位相変調された第２の光ビームを前記空間光変調された第１の光ビームと干渉させることを特徴とする。
【００１７】
このように本発明のホログラム記録方法では、第２の光ビーム（参照光）を２次元の位相変調パターンにより光位相変調するには２次元の位相変調パターンを表示する２次元の位相変調器が必要で、データを記録する際の多重度が増大した時に同一の分解能を確保するには、前記位相変調器のサイズも大きくしなければならなくなるが、２次元の位相変調器は、１次元の位相変調器に比べて、横寸法のサイズの増え方を極めて少なくすることができるため、これを照射する第２の光ビームの広がりも少なくて済み、その分、明るさが均一な第２の光ビームをレーザー光のロスを大きくすることなく生成できるので、光学的な負担を大きくすることなく位相変調多重方式による記録多重度を効率的に増大させることができる。
【００１８】
また、本発明は、干渉縞が記録されているホログラム記録媒体に光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム再生方法であって、前記光ビームを２次元の位相変調パターンにより光位相変調し、当該光位相変調された光ビームを前記ホログラム記録媒体の記録領域に照射することを特徴とする。
【００１９】
このように本発明のホログラム再生方法では、光ビーム（再生光）を２次元の位相変調手段により光位相変調するが、参照光を光位相変調した時と同一サイズの２次元の位相変調パターンで光位相変調するには、この２次元の位相変調パターンを表示する２次元の位相変調器を用いなければならないため、参照光の光位相変調の際と同様の理由で、多重度が増大した時の２次元の位相変調器は、１次元の位相変調器に比べて、横寸法のサイズの増え方を極めて少なくすることができ、これを照射する光ビームの広がりも少なくて済むため、その分、明るさが均一な光ビームをレーザー光のロスを大きくすることなく生成できるので、光学的な負担を大きくすることなく位相変調多重方式による記録多重度を効率的に増大させることができる。
【００２０】
また、本発明は、位相変調パターンを表示した位相変調手段により光ビームを光位相変調する際の光ビームの位相変調方法において、あらかじめ前記記録データに対応させた前記位相変調パターンを用意し、この位相変調パターンを前記位相変調手段に複数個表示することを特徴とする。
【００２１】
このように本発明の光ビームの位相変調方法では、光ビームが位相変調手段に敷き詰めるように表示された複数個の位相変調パターンにより光位相変調されるため、この位相変調手段を照射する光ビーム全面にわたって明るさが不均一であっても、複数表示される変調パターンのうちのひとつが占めるエリア内では光ビームの明るさの不均一性が緩和され、しかも、複数個の位相変調パターン全体により光ビームが変調されるため、恰も光ビームの明るさの全体的な不均一が減少してより均一な光ビームを位相変調手段に照射してこの光ビームが光位相変調した時とほぼ同様の効果を得ることができる。したがって、この光ビームを参照光とし、この参照光と別途生成される信号光との干渉縞をホログラム記録メディアに位相変調多重記録した場合の再生データのクロストークを少なくして、そのＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、参照光及び再生光を２次元の位相変調手段により光位相変調して生成するため、位相変調多重方式による記録多重度を増大させた場合、２次元の位相変調手段は、１次元の位相変調手段に比べて、横寸法のサイズの増え方を極めて少なくすることができ、それ故、これを照射する参照光及び再生光の広がりを少なくて済ますことができるため、その分、明るさが均一な参照光及び再生光をレーザー光のロスを大きくすることなく生成できるので、光学的な負担を大きくすることなく位相変調多重方式による記録多重度を効率的に増大させることができる。
また、位相変調パターンを位相変調手段に敷き詰めるように表示し、これら複数個の位相変調パターンにより参照光及び再生光を光位相変調することによって、この位相変調手段を照射する参照光及び再生光の明るさが多少不均一であっても、前記複数表示される変調パターンのうちのひとつが占めるエリアでは参照光及び再生光の明るさの不均一性が緩和され、しかも、複数個の位相変調パターンの集合により参照光及び再生光が変調されるため、恰も参照光及び再生光の明るさの不均一が減少してより均一な光ビームを位相変調手段に照射して参照光及び再生光を変調した時とほぼ同様の効果を得ることができる。したがって、その分、参照光及び再生光を均一にする度合いを緩やかにすることができ、レーザー光のロスを少なくして生成できるので、光学的な負担をさらに小さくしてホログラム記録における位相変調多重度を効率的に増大させることができる。換言すれば、位相変調多重度を増大させて位相変調手段のサイズが大きくなっても、この位相変調手段を照射する参照光及び再生光の明るさの均一性は緩やかで済むため、光学的な負担をそれ程増大させることなく位相変調多重度を従来よりかなり大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
光学的な負担を増大させることなく多重度を効率的に増大させる目的を、参照光及び再生光を２次元の位相変調器により位相変調してホログラムの位相変調多重記録再生を行い、さらに必要に応じて、２次元の位相変調器に表示する位相変調パターンを縮小して複数個表示することによって実現した。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示したブロック図である。但し、従来例と同一の部分は同一符号を用いて説明する。ホログラム記録再生装置は、レーザー光源２、シャッター４、ビームスプリッター６、ミラー８、空間光変調器１０、信号光用レンズ（フーリエレンズ）１０、ホログラム記録メディア１４、ミラー１６、レンズ（逆フーリエレンズ）１８、ＣＣＤ等の撮像素子２０、２次元の空間光位相変調器（以降、単に位相変調器と称する）２２、レンズレットアレイ２４、参照光  （または再生光）用レンズ（フーリエレンズ）２６を有して構成されている。但し、特許請求の範囲のホログラム記録媒体はホログラム記録メディア１４に相当し、２次元の位相変調手段は空間光位相変調器２２に相当し、受光素子は撮像素子２０に相当する。
【００２５】
尚、２次元の位相変調器２２としては、浜松ホトニクス製のＰＰＭＸ８２６７を用い、その性能は、入力信号はＸＧＡレベルで、制御画素数約５９００００（画素）、有効画面サイズ２０×２０ｍｍ、位相変調量２π以上である。
【００２６】
図２は図１に示したホログラム記録再生装置の信号処理系の構成を示したブロック図である。信号処理系は、パーソナルコンピュータなどの制御部２８がシャッター４の開閉制御、空間光変調器１０のデータページの表示制御、後述する位相アドレスコードに対応する位相変調パターンの２次元の位相変調器２２への表示制御、撮像素子２０の受光信号から画像データを再生する制御を行うように構成されている。
【００２７】
次に本実施の形態の動作について説明する。まず、制御部２８は空間光変調器１０に記録するデータページを表示すると共に、２次元の位相変調器２２に位相変調パターンを表示した後、シャッター４を開く。これにより、レーザー光源２から出射された干渉性を持つレーザー光はシャッター４を通してビームスプリッター６に入射し、信号光（第１の光ビーム）１００と参照光（第２の光ビーム）２００に分岐される。信号光１００はミラー８を介して空間光変調器１０に入射され、信号光はデータページを表示した空間光変調器１０で強度変調される。強度変調された信号光はレンズ１２によりホログラム記録メディア１４に集光される。
【００２８】
一方、参照光２００はミラー１６を介して２次元の位相変調器２２に入射され、ここで光位相変調（以降単に位相変調と称する）された後、レンズレットアレイ２４、レンズ２６を介してホログラム記録メディア１４に上記信号光１００に重なるように集光される。これにより、ホログラム記録メディア１４の記録領域において、この信号光１００と参照光２００が重ねあわされて、その結果形成される干渉縞がホログラム記録メディア１４に微細な疎密パターンとして記録される。
【００２９】
ホログラム記録メディア１４に記録されたデータを再生するには、参照光２００と同一の再生光をホログラム記録メディア１４に入射させることにより、ホログラム記録メディア１４に記録されている干渉縞に対応する回折光としてデータが再生され、この回折光がレンズ１８によりＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子２０に結像される。撮像素子２０は受光した回折光を光電変換し、得られた受光信号は制御部２８により解析されて画像データとして再生される。
【００３０】
ここで、参照光２００を変調する２次元の位相変調器２２に表示される位相変調パターンについて図３を参照してさらに詳しく説明する。位相変調器２２には、参照光２００を光位相変調する位相変調パターンが図３に示すように表示される。参照光２００は位相変調器２２に平面波として入射し、位相変調パターンにより記録多重度に応じて光位相変調される。
【００３１】
その後に、レンズ２６によってそれぞれの位相を持った参照光２００がホログラム記録メディア１４の同一の領域に入射し、空間光変調器１０で強度変調を受け、レンズ１２により入射される信号光１００と干渉縞を形成する。位相変調多重記録されたデータページを再生する際は、各データページを記録した際に用いた位相変調パターンと同一の位相変調パターンで光位相変調された再生光を、記録時と同一角度でホログラム記録メディア１４に入射させると、同一の記録領域から対応するデータページを独立に再生することができる。
【００３２】
ところで、ホログラム記録メディア１４のひとつの記録領域に位相変調多重方式でデータページを多重記録した場合、各データページ間でクロストークのない状況は、以下の式（１）で表される。
【００３３】
【数１】
2005121855.tif 000003
【００３４】
この式（１）において、χ・χ＊ユニタリ行列で、ｉ番目のデータページの記録に用いた参照光２００の位相アドレスが示されている。この式（１）の行列から、互いに直交するＮ個の列（あるいは行）が得られ、行列要素が位相アドレスコードの位相項に相当し、これが最大多重（Ｎ多重）可能な位相アドレスコードとなる。
【００３５】
この位相アドレスコードは、一般に、Ｗａｌｓｈ−Ｈａｄａｍａｒｄ行列（Ｈ−行列）を用いて生成される。このＨ−行列は、行列の２辺の要素を除いて１と−１を同数含んでおり、以下のようなアルゴリズムでＨ−行列は生成される。
【００３６】
【数２】
2005121855.tif 000004
【００３７】
ここで、式（２）で示されるＨ−行列各要素の１を変調０、−１を変調πに対応させれば、式（１）を満たす位相直交アドレスコードとなる。
【００３８】
位相変調多重方式の場合、以上で示したようにＢｒａｇｇ条件に従って回折される光波のうち、クロストークに寄与する余計な光波同士が干渉して弱められ、消失するという特徴をもっている。この原理によりデータの多重記録が可能で、他の多重方式と比較してＳ／Ｎ比を飛躍的に向上させることができる。
【００３９】
次にＨ−行列によって得られる直交コード（アドレスコード）と、位相変調器２２で表示する位相変調パターンとの対応関係について説明する。直交コードを位相変調器２２の表示パターンに対応させる方法として、最も簡単なのは、参照光２００を２次元格子状に多重度Ｎ分割し、各セルに直交コードのひとつの要素を対応させるという方法である。Ｈ−行列のＨ（４）の場合は、式（３）に示すように表され、位相アドレスコードは（φｉ１、φｉ２、φｉ３、φｉ４）となる。
【００４０】
【数３】
2005121855.tif 000005
【００４１】
この式（３）の右辺で示したアドレスコードφ１、φ２、φ３、φ４に対応して位相変調パターンが作成される。これら位相変調パターンにより位相アドレスコードは２次元の平面状に割り振られることになる。したがって、位相変調パターンは図４（Ａ）に示すように、位相変調器２２の表示面を４分割し、各分割部に０が−πに対応するパターンを有している。図４（Ｂ）は実際の位相変調パターンを示したもので、０は黒で、−πは白で表している。この図４（Ｂ）では、アドレスコードφ１、φ２、φ３、φ４に対応する位相変調パターンがそれぞれＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で示されている。
【００４２】
そこで、制御部２８は、図４（Ｂ）で示される位相変調パターンＰ１を位相変調器２２に表示すると共に、データページデータＤ１（図示せず）を空間光変調器１０に表示して、前述した如く、ホログラム記録メディア１４の記録領域にデータページデータＤ１をホログラム記録する。次に、制御部２８は、図４（Ｂ）で示される位相変調パターンＰ２を位相変調器２２に表示すると共に、データページデータＤ２（図示せず）を空間光変調器１０に表示して、ホログラム記録メディア１４の前記と同一の記録領域にデータページデータＤ２をホログラム記録する。これを繰り返すことにより、データページデータＤ１からＤ４までの４ページのデータがホログラム記録メディア１４の同一の記録領域に位相変調多重記録される。
【００４３】
再生時には、位相変調器２２に位相変調パターンＰ１からＰ２を順次表示して、参照光２００と同一の再生光を生成して、これら再生光をホログラム記録メディア１４の前記記録領域に照射することにより、順次データページデータＤ１〜Ｄ４を読み出して再生することができる。
【００４４】
本実施の形態によれば、参照光２００を位相変調するのに、２次元の位相変調器２２を用いているため、１次元の位相変調器を用いる場合に比べて、同一の多重度であれば、位相変調器２２の横方向の寸法を短くすることができるため、その分、参照光（再生光）２００の広がりを抑えることができ、それ故、強度が均一な参照光（再生光）２００をレーザー光源２の出力をそれ程大きくすることなく（レーザー光源２から射出されるレーザー光のロスを少なくして）生成できるため、光学系に負担を掛けることなく位相変調多重方式によるホログラム記録を行うことができる。
【００４５】
また、データの多重度を増大させていった場合、位相変調器２２の表示面の分割数が増えるため、同一の解像度を保持するためには、位相変調器２２のサイズを大きくしなければならないが、本実施の形態のように位相変調器として２次元の位相変調器２２を用いれば、１次元の位相変調器を用いた場合に比べて、横方向の寸法の増加を極めて小さくすることができるため、強度が均一な参照光２００を生成するためにレーザー光源２の出力をそれ程大きくする必要がなく、効率的に多重度を増大させることができる。
【００４６】
ここで、実際の光学系では、参照光２００が位相変調器２２の全面を完全に均一な明るさで照射するのは困難である。スペーシャルフィルタを用いて参照光２００を均一化したとしても、ビームの中心から周縁にかけて強度は小さくなる傾向が残る。位相アドレスコード（直交コード）を使用してクロストークのない多重記録を実現するのは、位相変調器２２による変調が０かπの２値で行われる場合であるのに、位相変調器２２に表示されている位相変調パターンを照射する参照光の明るさに斑があると、変調が０かπの２値で行われなくなって直交性が失われ、クロストークが増加してしまう。また、参照光を均一化するほどレーザー光のパワー効率が落ちてしまうという問題も残る。
【実施例２】
【００４７】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の位相変調器への位相変調パターンの表示の仕方を説明する説明図である。但し、本例の構成は上記した第１の実施の形態と同様であるため、以下同一の構成を持つ各部については、その構成動作の説明を省略し、以下、その動作の特徴部分を説明する。
【００４８】
本実施の形態のホログラム記録再生装置は、位相変調器２２に表示する位相変調パターンの表示の仕方が図１に示し第１の実施の形態と異なるだけで、他の構成及び動作は同様である。図５は４多重するために第１の実施の形態と同様の方法により生成した位相アドレスコードに対応する位相変調パターンである。本実施の形態では、これら位相変調パターンを位相変調器２２の表示面全部を用いて表示するのではなく、位相変調パターンを図６に示すように縦横に繰り返し表示する。
【００４９】
この図６の例では、位相変調パターンＰ１は位相変調器２２の表示面に複数個繰り返し表示されており、位相変調パターンＰ１が完全な形で且つ、位相変調器２２の表示面を全て埋め尽くすように表示され、所謂位相変調パターンがタイリングされた状態になっている。この図７の例では、位相変調パターンＰ２が位相変調器２２の表示面に複数個繰り返し表示されている。但し、図６、図７中ｄは例えば位相変調器２２を構成する画素の４から８ピクセルに亙る長さである。尚、位相変調パターンは制御部２８により位相変調器２２の表示面にタイリングされて表示される。
【００５０】
このように位相変調器２２の表示面に複数の位相変調パターンを繰り返し表示した場合、ひとつの位相変調パターンが占める表示エリアは位相変調器２２の表示面の一部分になるため、この位相変調器２２の表示面全体に照射される参照光２００の明るさが不均一であっても、ひとつの位相変調パターンが占める表示エリアを照射する参照光２００の明るさの不均一性は緩和されるため、光位相変調時の直交性が保持されてクロストーク分を減らし、再生データのＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００５１】
尚、参照光２００と同一の再生光を生成する場合も同様のことが言える。
【００５２】
図８は、図６に示すように、位相変調パターンをタイリングして位相変調器２２に表示して、多重記録（この例では５０多重）したデータを再生した場合と、位相変調パターンをタイリングしないで第１の実施の形態のように表示して多重記録（この例では５０多重）したデータを再生した場合の実験結果を比較した図である。但し、この例では位相変調パターンの生成元の位相アドレスコードは６４×６４のＨ行列から作成したものを使用している。
【００５３】
図８（Ａ）は位相変調パターンを位相変調器２２にタイリングしないで表示した場合で、目的のデータは一番上のひとつの白のみを含むデータであるにも拘らず、その下に、クロストークによる他のデータの画像が表示されてしまい、Ｓ／Ｎ比は４．６４（ｄＢ）である。しかし、図８（Ｂ）は位相変調パターンを位相変調器２２にタイリングして表示した場合で、ひとつの白のみ含む目的のデータしか表示されておらず、クロストーク成分がなくなり、Ｓ／Ｎ比は１０．７７（ｄＢ）で、Ｓ／Ｎ比が向上しているのが分かる。
【００５４】
尚、位相変調パターンをタイリングして位相変調器２２の表示面に表示する数は、参照光２００の明るさの不均一度との関係で決まり、不均一度が大きくなればなるほど、表示面に表示する位相変調パターンの数を多くすることにより、再生画像のＳ／Ｎ比の悪化を阻止するできる傾向にある。但し、位相変調パターンを表示できる最大数は位相変調器２２の性能で決まる。
【００５５】
本実施の形態によれば、参照光２００の明るさが均一でなくとも、位相変調器２２に表示する位相変調パターンを縮小して複数の縮小位相変調パターンを表示面に敷き詰めるように、即ち、位相変調パターンをタイリングして表示することにより、多重記録されたデータを再生した時のクロストークを減らして、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００５６】
したがって、位相変調パターンを位相変調器２２にタイリングして表示することにより、参照光２００の明るさに多少の不均一性があっても、再生データのＳ／Ｎ比の悪化を防止することができるため、光学系の負担を軽減でき、レーザー光のパワー効率の良い多重化を行うことができる。また、位相変調多重度を増大させて位相変調器２２のサイズが大きくなっても、この位相変調器２２を照射する参照光及び再生光の明るさの均一性は緩やかで済むため、光学的な負担をそれ程増大させることなく位相変調多重度を従来より容易に大きくすることができる。
【００５７】
尚、上記した効果は参照光２００について述べたが、参照光２００と同一の再生光についても同様であることは言うまでもない。
【００５８】
また、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示したブロック図である。
【図２】図１に示したホログラム記録再生装置の信号処理系の構成を示したブロック図である。
【図３】図１に示した参照光を光位相変調する２次元の位相変調器の動作を説明する斜視図である。
【図４】図１に示した２次元の位相変調器に表示される位相変調パターンの生成方法を示した説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の位相変調器への位相変調パターンの表示の仕方を説明する説明図である。
【図６】図５に示した位相変調パターンを位相変調器にタイリングして表示する仕方を示した図である。
【図７】図５に示した他の位相変調パターンを位相変調器にタイリングして表示する仕方を示した図である。
【図８】位相変調器に位相変調パターンをタイリングして表示することにより多重記録した場合と、ダイレクトにそのまま表示して多重記録した場合の再生画像のＳ／Ｎ比の違いを示した図である。
【図９】従来のホログラムストレージの記録再生システムの構成例を示した概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
２……レーザー光源、４……シャッター、６……ビームスプリッター、８、１６……ミラー、１０……空間光変調器、１２……信号光用レンズ（フーリエレンズ）、１４……ホログラム記録メディア、１８……レンズ（逆フーリエレンズ）、２０……撮像素子、２２……空間光位相変調器、２４……レンズレットアレイ、２６……参照光用レンズ（フーリエレンズ）、２８……制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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